Przykładowe wyniki modelowanych przerw w strefie występujących na

W poniższej analizie wyników starano się odpowiedzieć: jak przerwa w gruncie (rów) wpływa na zmianę deformacji powierzchniowych w zależności od:

 głębokości prowadzonej eksploatacji (zbudowano modele o głębokości pro-wadzonej eksploatacji od 1000 do 400m),

 usytuowania przerw od krawędzi eksploatacji, wobec czego zmieniano w mo-delach lokalizację rowów co 100m, sprawdzano wpływ tego typu konstrukcji w strefie „ściskań” (naprężeń ściskających) występujących na powierzchni nad zrobami i w strefie „rozciągań” (naprężeń rozciągających) nad niewybra-nym węglem.

73 | S t r o n a

 głębokości poszczególnych przerw w gruncie (od 2 do 10m, co 2m).

Uzyskane wyniki obliczeń numerycznych potwierdzają obserwowaną w rzeczywi-stości naturę zachowania się gruntu w sąsiedztwie przerw pionowych (uskoki, transze-je, rowy).

Na rysunku 9.5 zaprezentowano rozmieszczenie rowów dla dwóch poniżej przed-stawionych przypadków:

 rów w odległości 400m od granicy eksploatacji – w strefie występujących na powierzchni naprężeń rozciągających,

 rów w odległości 200m od granicy eksploatacji – nad eksploatacją, w strefie występujących na powierzchni naprężeń ściskających.

Pokazano oznaczenie węzłów, odpowiednio z lewej i prawej strony rowu, jako „i” i „i+1” (rys. 9.5 - szczegół).

Rys. 9.5 Usytuowanie dwóch poniżej omówionych przypadków rozmieszczenia rowów, wraz ze schematycz-nym oznaczeniem numeracji węzłów przy krawędziach rowów

Źródło: Opracowanie własne

Z przedstawionych wyników (np. rys. 9.6) wynika, że strefa zamodelowanej przerwy (rowu) w gruncie prowadzi do znacznego zwiększenia wartości przemieszczeń pozio-mych (ui+1) przed tą strefą, natomiast za strefą obserwowane deformacje są znacznie mniejsze (ui). Różnice te są również widoczne w strefie, w której obiekty budowlane narażone są na ściskania (rys. 9.7).

74 | S t r o n a

Rys. 9.6 Przemieszczenia poziome wywołane eksploatacją górniczą na gł. 800m przy usytuowaniu rowu w odległości 400m od krawędzi eksploatacji dla różnych gł. rowów (od 2 do 10m) i dla sytuacji bez rowu

Źródło: Opracowanie własne

Dodatkowo na rys. 9.6 zauważono, że przy modelowanej przerwie w gruncie wyraź-ne jest zmniejszenie się gradientu przebiegu przemieszczenia poziomego (tzw. odkształ-cenia) w kilkunastometrowym pasie przyległym do przerwy gruntowej.

W tabeli 9.9 i 9.10 przedstawiono wartości przemieszczeń poziomych występujących we wspomnianych węzłach (i, i+1) dla dwóch wyżej przedstawionych przypadków. Ta-bele te zawierają również wartości odkształceń w pasach 10-cio metrowych zlokalizo-wanych po obu stronach modelowanego rowu.

Tab. 9.9 Zestawienie wartości przemieszczeń poziomych i wartości odkształceń dla eksploatacji na głęboko-ści 800m i przy lokalizacji rowu w odległogłęboko-ści 400m od krawędzi eksploatacji przy różnych głębokogłęboko-ściach

rowu

głębokość rowu [m]

wartość przemieszczeń

pozio-mych w węzłach „i” oraz „i+1” ^{wartości odkształceń w sąsiedz-}twie rowu (pas 10-cio metrowy)

ui [m] ui+1 [m] imm/m i+1mm/m i = 400m i+1 = 398m i {410m ÷ 400m} i+1 {398m ÷ 388m} 10 0,441 0,489 0,46 0,51 8 0,447 0,484 0,65 0,70 6 0,452 0,479 0,89 0,95 4 0,457 0,473 1,17 1,23 2 0,461 0,469 1,46 1,52 0 (bez rowu) 0,464 0,467 1,62 1,69

Źródło: Opracowanie własne

W strefie, w której obiekty narażone są na ściskania (bezpośrednio nad eksploatacją) obserwowany jest bardziej znaczący wpływ przerw w gruncie (rys. 9.7 i tab. 9.10).

War-75 | S t r o n a

ta podkreślenia jest zauważalna symetria w wartościach przemieszczeń węzłów odda-lonych o tę samą odległość od krawędzi rowu po obu stronach danego rowu, schema-tycznie pokazano to na rys. 9.7, gdzie wartość w-198 odpowiada wartości w-204 i obie są w węzłach oddalonych o 2m od krawędzi rowu. Podobnie sytuacja wygląda dla innych węzłów, np. w-194 i w-208.

Rys. 9.7 Przemieszczenia poziome wywołane eksploatacją na głębokości 800m przy usytuowaniu rowu nad zrobami w odległości 200m od krawędzi eksploatacji dla rowu o gł. 10m i w sytuacji bez zabezpieczeń

Źródło: Opracowanie własne

Tab. 9.10 Zestawienie wartości przemieszczeń poziomych i wartości odkształceń dla eksploatacji na głębo-kości 800m i przy lokalizacji rowu nad zrobami w odległości 200m od krawędzi eksploatacji przy różnych

głębokościach rowu

głębokość rowu [m]

wartość przemieszczeń pozio-mych w węzłach „i” oraz „i+1”

wartości odkształceń w sąsiedz-twie rowu (pas 10-cio metrowy)

ui [m] ui+1 [m] imm/m i+1mm/m i = -200m i+1 = -202m i {-190m ÷ -200m} i+1 {-202m ÷ -212m} 10 0,625 0,472 -1,53 -1,59 8 0,608 0,487 -2,20 -2,16 6 0,592 0,502 -2,99 -3,05 4 0,574 0,518 -3,88 -3,96 2 0,559 0,534 -4,71 -4,80 0 (bez rowu) 0,552 0,541 -5,25 -5,34

Źródło: Opracowanie własne

Przeprowadzając analizę wartości odkształceń uzyskanych w pasach 10-cio metro-wych, w sąsiedztwie modelowanych rowów, zauważalna jest znacząca redukcja wartości odkształceń wraz ze wzrostem głębokości rowu.

76 | S t r o n a

Przykładowo dla dwóch analizowanych sytuacji (tab. 9.9 i 9.10), przy założeniu, że dla sytuacji bez modelowanego rowu, wartość odkształceń wynosi 100%, uzyskujemy dla 10-cio metrowego rowu (dla dwóch ww. sytuacji) odkształcenia wynoszące zaledwie 29% wartości odkształceń dla sytuacji bez modelowanego rowu (ponad 3 razy mniejsza wartość).

Charakter zmian w wartościach odkształceń po obu stronach modelowanego rowu jest podobny. Wobec tego można przyjąć, że procentowe zmiany wartości odkształceń w stosunku do sytuacji bez występującego zabezpieczenia w postaci rowu są niemal ta-kie same, niezależnie czy analizowane są odkształcenia w pasie „przed” czy „za” rowem. W tabeli 9.11 zestawiono wpływ głębokości modelowanego rowu na redukcję wartości odkształceń.

Tab. 9.11 Szacowana redukcja odkształceń w pasie 10-cio metrowym w sąsiedztwie modelowanego rowu dla eksploatacji na głębokości 800m

głębokość rowu 0m (bez rowu) 2m 4m 6m 8m 10m

procentowa wartość odkształceń w stosunku do sytuacji bez

zabez-pieczenia

100% ~90% ~74% ~57% ~41% ~29%

Źródło: Opracowanie własne

Analizowano wyniki obliczeń uzyskanych dla rowów:

a) zlokalizowanych w różnych odległościach od krawędzi prowadzonej eksploatacji, (nie zmieniano odległości pomiędzy rowami i dla wszystkich modeli wynosiła ona 100m). Zasadnym mogłoby się wydawać zastosowanie „efektu skali” (biorąc pod uwagę promień zasięgu wpływów głównych), tzn. dla eksploatacji prowadzonych na głębokości, np. 400m - odległości pomiędzy rowami mogłyby wynosić wówczas 40m, dla eksploatacji prowadzonej na 500m odległości między przerwami w grun-cie wówczas wynosiłyby 50m, itd. Tego typu „efekt skali” został uwzględniony przy obliczeniach 3D.

b) dla zmieniającej się głębokości eksploatacji oraz, c) dla różnych głębokości rowów.

Wraz ze wzrostem głębokości rowu, zarówno w strefie rozciągań, jak i ściskań w spo-sób proporcjonalny dla wszystkich analizowanych sytuacji malały wartości odkształceń obserwowanych w bliskim sąsiedztwie modelowanej przerwy. Charakter zmian warto-ści odkształceń (rys. 9.8) w sąsiedztwie modelowanych przerw można opisać w sposób

77 | S t r o n a

satysfakcjonujący funkcją liniową (R2 w okolicach 0,9941÷0,9963). Zapewne ma to rów-nież związek z przyjętym do obliczeń modelem sprężystym.

Rys. 9.8 Charakter zmian wartości odkształceń obserwowanych w sąsiedztwie modelowanego rowu dla eks-ploatacji prowadzonej na głębokości 800m przy usytuowaniu rowu nad zrobami w odległości 200m od

kra-wędzi eksploatacji dla rowów o głębokości od 2 do 10m i w sytuacji bez rowu

Źródło: Opracowanie własne

W tabelach od 9.12 do 9.18 zestawiono wartości odkształceń przy lokalizacjach rowu w odległości 300m od krawędzi eksploatacji (w strefie rozciągań) oraz nad zrobami w odległości 100m od krawędzi eksploatacji (w strefie ściskań). Wartości te są zesta-wione dla wszystkich analizowanych głębokości eksploatacji (od 400 do 1000m).

Tab. 9.12 Zestawienie wartości odkształceń dla eksploatacji na głębokości 400m i przy lokalizacjach rowu: w odległości 300m od krawędzi eksploatacji oraz nad zrobami w odległości 100m od krawędzi eksploatacji,

przy różnych głębokościach rowu

głębokość rowu [m]

strefa rozciągań odl. 300m od krawędzi ekspl.

strefa ściskań odl. 100m od krawędzi ekspl.

(nad zrobami) imm/m i+1mm/m imm/m i+1mm/m i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} i {-90m ÷ -100m} i+1 {-102m ÷ -112m} 10 0,45 0,53 -1,28 -1,50 8 0,65 0,74 -1,97 -2,20 6 0,90 0,99 -2,67 -2,91 4 1,18 1,28 -3,36 -3,62 2 1,47 1,57 -4,05 -4,33 0 (bez rowu) 1,62 1,73 -4,45 -4,75

Źródło: Opracowanie własne

W tabelach od 9.12 do 9.18 zestawiono tylko wybrane przykładowe sytuacje (+300m i -100m). We wszystkich analizowanych przypadkach zauważalny jest wpływ projekto-wanych rowów. Wraz ze wzrostem głębokości, wartości odkształceń maleją w strefach zlokalizowanych zarówno „przed” rowem i „za” rowem. Charakter tych zmian jest

po-78 | S t r o n a

dobny, niezależnie od głębokości eksploatacji i odległości projektowanego rowu od krawędzi eksploatacji.

Tab. 9.13 Zestawienie wartości odkształceń dla eksploatacji na głębokości 500m i przy lokalizacjach rowu: w odległości 300m od krawędzi eksploatacji oraz nad zrobami w odległości 100m od krawędzi eksploatacji,

przy różnych głębokościach rowu

głębokość rowu [m]

strefa rozciągań odl. 300m od krawędzi ekspl.

strefa ściskań odl. 100m od krawędzi ekspl.

(nad zrobami) imm/m i+1mm/m imm/m i+1mm/m i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} 10 0,54 0,61 -1,20 -1,42 8 0,76 0,84 -1,85 -2,09 6 1,04 1,13 -2,50 -2,76 4 1,38 1,47 -3,15 -3,43 2 1,71 1,80 -3,80 -4,10 0 (bez rowu) 1,88 1,97 -4,22 -4,55

Źródło: Opracowanie własne

Tab. 9.14 Zestawienie wartości odkształceń dla eksploatacji na głębokości 600m i przy lokalizacjach rowu: w odległości 300m od krawędzi eksploatacji oraz nad zrobami w odległości 100m od krawędzi eksploatacji,

przy różnych głębokościach rowu

głębokość rowu [m]

strefa rozciągań odl. 300m od krawędzi ekspl.

strefa ściskań odl. 100m od krawędzi ekspl.

(nad zrobami) imm/m i+1mm/m imm/m i+1mm/m i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} 10 0,60 0,67 -1,14 -1,38 8 0,92 0,99 -1,77 -2,03 6 1,25 1,32 -2,41 -2,68 4 1,57 1,65 -3,04 -3,33 2 1,89 1,98 -3,67 -3,98 0 (bez rowu) 2,11 2,20 -3,96 -4,30

Źródło: Opracowanie własne

Tab. 9.15 Zestawienie wartości odkształceń dla eksploatacji na głębokości 700m i przy lokalizacjach rowu: w odległości 300m od krawędzi eksploatacji oraz nad zrobami w odległości 100m od krawędzi eksploatacji,

przy różnych głębokościach rowu

głębokość rowu [m]

strefa rozciągań odl. 300m od krawędzi ekspl.

strefa ściskań odl. 100m od krawędzi ekspl.

(nad zrobami) imm/m i+1mm/m imm/m i+1mm/m i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} 10 0,63 0,68 -1,08 -1,31 8 0,95 1,00 -1,68 -1,93 6 1,27 1,32 -2,28 -2,55 4 1,59 1,64 -2,88 -3,17 2 1,91 1,96 -3,49 -3,79 0 (bez rowu) 2,18 2,26 -3,80 -4,22

79 | S t r o n a

Analizując wiele różnych wariantów w obliczanych modelach uzyskano wyniki wska-zujące na efektywność przedstawionych rozwiązań. Potwierdzają to m.in. przedstawio-ne w tabelach 9.12 ÷ 9.18 zbiorcze wartości odkształceń.

Tab. 9.16 Zestawienie wartości odkształceń dla eksploatacji na głębokości 800m i przy lokalizacjach rowu: w odległości 300m od krawędzi eksploatacji oraz nad zrobami w odległości 100m od krawędzi eksploatacji,

przy różnych głębokościach rowu

głębokość rowu [m]

strefa rozciągań odl. 300m od krawędzi ekspl.

strefa ściskań odl. 100m od krawędzi ekspl.

(nad zrobami) imm/m i+1mm/m imm/m i+1mm/m i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} 10 0,62 0,67 -1,02 -1,23 8 0,87 0,93 -1,58 -1,82 6 1,19 1,25 -2,15 -2,40 4 1,56 1,62 -2,71 -2,98 2 1,94 2,00 -3,28 -3,56 0 (bez rowu) 2,16 2,23 -3,50 -3,80

Źródło: Opracowanie własne

Tab. 9.17 Zestawienie wartości odkształceń dla eksploatacji na głębokości 900m i przy lokalizacjach rowu: w odległości 300m od krawędzi eksploatacji oraz nad zrobami w odległości 100m od krawędzi eksploatacji,

przy różnych głębokościach rowu

głębokość rowu [m]

strefa rozciągań odl. 300m od krawędzi ekspl.

strefa ściskań odl. 100m od krawędzi ekspl.

(nad zrobami) imm/m i+1mm/m imm/m i+1mm/m i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} 10 0,42 0,44 -0,62 -0,80 8 0,75 0,78 -1,16 -1,36 6 1,09 1,12 -1,70 -1,92 4 1,42 1,46 -2,25 -2,49 2 1,76 1,80 -2,79 -3,05 0 (bez rowu) 2,09 2,13 -3,12 -3,39

Źródło: Opracowanie własne

Tab. 9.18 Zestawienie wartości odkształceń dla eksploatacji na głębokości 1000m i przy lokalizacjach rowu: w odległości 300m od krawędzi eksploatacji oraz nad zrobami w odległości 100m od krawędzi

eks-ploatacji, przy różnych głębokościach rowu

głębokość rowu [m]

strefa rozciągań odl. 300m od krawędzi ekspl.

strefa ściskań odl. 100m od krawędzi ekspl.

(nad zrobami) imm/m i+1mm/m imm/m i+1mm/m i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} i {310m ÷ 300m} i+1 {298m ÷ 288m} 10 0,31 0,33 -0,42 -0,50 8 0,37 0,42 -0,93 -1,04 6 0,76 0,78 -1,43 -1,58 4 1,11 1,13 -1,94 -2,12 2 1,54 1,56 -2,44 -2,66 0 (bez rowu) 1,91 1,93 -2,71 -2,94

80 | S t r o n a